DE102006016488A1

DE102006016488A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bitumens, eines Teers oder eines Asphalts enthaltend Bambusfasern

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Publication number: DE102006016488A1
Application number: DE102006016488A
Authority: DE
Original assignee: ZINECKER FRANZ JOSEF; ZINECKER FRANZ-JOSEF
Current assignee: ZINECKER FRANZ JOSEF; ZINECKER FRANZ-JOSEF
Priority date: 2006-01-02
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2007-07-05

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Bitumens, eines Teers oder eines Asphalts enthaltend Bambusfasern, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bitumen-, Teer- oder Asphaltrohmasse ein Compound aus Bambusfasern und einer Kohlenwasserstoffmatrix beigemischt wird, wobei die Kohlenwasserstoffe der Kohlenwasserstoffmatrix ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Paraffinen, Olefinen, Wachsen, Polymeren oder Copolymeren, und wobei ferner die Bambusrohfasern eine Länge zwischen 40 und 80 mm aufweisen und in einem Gewichtsverhältnis von 25-75 Gew.-% in die Kohlenwasserstoffmatrix eingebracht werden.

Description

Asphalt, Teer und Bitumen sind Baustoffe mit einem hohen Anteil organischer Inhaltsstoffe, die überwiegend als Nebenprodukte in der Erdöl- oder Steinkohleverarbeitung anfallen und sich für die Verwendung im Hoch-, Tief und Straßenbau außerordentlich bewährt haben.
Anders als Beton haben sie thermoplastische Eigenschaften und bewahren selbst bei niedrigen Temperaturen eine gewisse Elastizität, die sie für die Verwendung im Straßenbau geeignet macht. Überdies haben diese Baustoffe stark wasserabweisende Eigenschaften und eignen sich daher für Abdichtungszwecke, insbesondere bei großformatigen Flächen.
Allerdings weisen aus Asphalt, Teer oder Bitumen hergestellte Oberflächen (z.B. Straßendecken) oder Beschichtungen (z.B. Dachabdichtungen) eine relativ geringe Reißfestigkeit auf. Hohe mechanische Belastungen (LKW-Verkehr auf Straßenasphalt, Begehung einer Dachabdichtung, Winddruck oder -zug) oder Temperatureinflüsse (Frost) führen zu Rissen in der Oberfläche, die letztlich zu Undichtigkeiten der Abdichtung bzw. zu Schäden in Fahrbahnoberflächen führen.
So kann durch diese Risse z.B. Nässe eindringen, die durch Frosteinwirkung die Fahrbahndecke weiter zerstören kann.
Hinzu kommt, dass Fahrbahndecken aus Asphalt, Teer oder Bitumen bei regelmäßiger Belastung zur Ausbildung von Spurrillen neigen. Insbesondere Autobahnfahrbahnen, die ständigem LKW-Verkehr ausgesetzt sind, zeigen dieses Phänomen, das durch häufige Staus sowie durch die sich durch Sonneneinstrahlung entwickelnde Hitze, die den Asphalt, Teer oder Bitumen aufweicht, noch verstärkt wird.
Da Spurrillen die Verkehrssicherheit gefährden – insbesondere durch sich in den Rillen ansammelndes Wasser, das Aquaplaninggefahr verursacht – müssen diese Schäden dringend repariert werden, was wiederum hohe Kosten verursacht.
Ursache für die Bildung von Spurrillen ist, dass sich auch fester Asphalt, Teer oder Bitumen genau genommen nach wie vor in einem flüssigen Aggregatzustand befindet. Dieser ähnelt zwar aufgrund seiner hohen Viskosität dem festen Aggregatzustand, ist aber dennoch weiterhin durch Druck verformbar. Diese Eigenschaft ist einerseits gewünscht, weil sie eine bessere thermische Resistenz des Asphalts, Teers oder Bitumens verspricht, als sie z.B. der zur Sprödheit neigende Beton aufweist, andererseits begünstigt diese Eigenschaft jedoch z.B. die oben erwähnte Ausbildung von Spurrillen.
In Extremfällen wird die Asphalt-, Teer- oder Bitumenmatrix in den Spurrillen so stark gedehnt, dass an diesen Stellen Risse in der Oberfläche auftreten, durch die wiederum in den Spurrillen stehendes Wasser eindringen kann – mit den oben beschriebenen Folgen.

Es sind aus dem Stand der Technik Versuche bekannt, Asphalt, Teer oder Bitumen mit Faserartigen Zusatzstoffen zu versehen, um die oben genannten Probleme zu bekämpfen oder zumindest zu mildern. So beschreibt z.B. die EP 0 259 612 einen Verbundwerkstoff zum Verstärken von Dachbelägen, der neben Bitumen eine Matte aus Polyesterfilamenten oder Glasfasergarnen enthält.

Die DE 195 43 991 beschreibt ein Gewebe zur Armierung von Strukturen insbesondere im Straßenbau, das aus Glasfasern besteht, mit Bitumen getränkt ist, und z.B. in einer Asphaltdecke verwendet werden kann.

All diesen Ansätzen ist gemein, dass das hergestellte Produkt nicht recyclingfähig ist, da die enthaltenen Glasfasern aufgrund ihrer Härte und Sprödheit in einem Schredder oder einem Extruder nicht zerkleinert werden können. Zudem halten Glasfasern oftmals den in einer Asphalt-, Teer- oder Bitumenmatrix herrschenden alkalischen Bedingungen nicht stand.

Hinzu kommt, dass Glasfasern ein relativ teures Material sind, das in Massen eingesetzt die Straßenbaukosten erheblich erhöht.

Die DE 100 19 824 beschreibt die Verwendung von Naturfasern, insbesondere von Bambus, zur Verstärkung einer vollständig oder überwiegend aus mineralischen Bestand teilen bestehenden Matrix, insbesondere einer Asphaltmatrix für den Strassenbau.

Die Anmelder weisen darauf hin, dass hochfeste Naturfasern wie Bambus für die genannten Zwecke gegenüber organischen oder metallischen Fasern sowie Glasfasern eine Reihe von Vorteilen bieten, da sie insbesondere kostengünstiger sind und eine hohe Alkalibeständigkeit aufweisen. Überdies weisen sie eine wesentlich höhere Bruchdehnung auf als organische Fasern.

Insbesondere, so wird weiter berichtet, seien mit einer relativ kleinen Bambusfasermenge (1–2 Gew.-%) mechanische Eigenschaften zu erreichen wie sie sonst nur mit der Zumischung von 10 Gew.-% Stahlfasern erreicht werden.

Untersuchungen der Erfinder können diese optimistischen Aussagen in der Tendenz bestätigen. So haben die Erfinder in Vorversuchen gezeigt, dass Bambusrohfasern eine mittlere Zugfestigkeit von 87,5 N mm^–2, eine mittlere Reißdehnung von 10,5 % sowie ein mittleres Zug-E-Modul von 3420 N mm^–2 aufweisen.

Allerdings, so haben die Erfinder festgestellt, äußert sich die DE 100 19 824 nicht weiter zu dem Problem der Einmischung der Bambusfasern in die Matrix.

Die Einmischung von hydrophilen Naturfasern in eine hydrophobe (weil organische) Matrix bereitet nach den Erfahrungen der Erfinder grundsätzliche Schwierigkeiten. So zeigten Vorversuche, dass die unmittelbare Einmischung in eine geschmolzene Bitumen-, Teer- oder Asphaltrohmasse zu einer Verklumpung und ungleichmäßigen Verteilung der Fasern in der Matrix führt, was wiederum zu einer ungleichmäßigen Festigkeitserhöhung führt, und damit – gemäß dem Prinzip des schwächsten Kettenglieds – die Eigenschaften des Bitumens, Asphalts oder Teers nicht wesentlich verbessert. Außerdem weisen die Fasern eines Faserbündels in dieselbe Richtung, und verschiedene Faserbündel neigen dazu, in gleiche Ausrichtung zu aggregieren, was letzten Endes zu einer anisotropen Ausrichtung der Einzelfasern in der Matrix und damit zu einer anisotropen Verstärkung der Zugbelastbarkeit führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereit zu stellen, das eine kontrollierte und gleichmäßige Einmischung von Bambusfasern in eine Bitumen-, Teer- oder Asphaltrohmasse erlaubt und damit die oben genannten Probleme vermeidet.

Überdies soll ein Verfahren bereitgestellt werden, das die Herstellung eines Zwischenprodukts für die Verwendung in dem erstgenannten Verfahren ermöglicht.

Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der vorliegenden unabhängigen Ansprüche gelöst.

Demnach ist zunächst ein Verfahren zur Herstellung eines Compounds aus Bambusfasern und einer Kohlenwasserstoffmatrix vorgesehen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Bambusfasern und die Kohlenwasserstoffmatrix miteinander durchmischt werden.

Dies kann in einem herkömmlichen Mischer, der optional auch temperierbar sein kann, erfolgen. Ebenso kann die Durchmischung auch in einem Extruder erfolgen, oder mittels eines Rührverfahrens mit anschließender Walze.

Dabei kann optional die Kohlenstoffmatrix vor der Durchmischung aufgeschmolzen werden. Ebenso ist es optional möglich, Bambusfasern und Kohlenwasserstoffmatrix-Bestandteile zunächst zu durchmischen, und erst dann aufzuschmelzen und weiter zu durchmischen.

Die Kohlenwasserstoffe der Kohlenwasserstoffmatrix werden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Paraffinen, Olefinen, Wachsen, Polymeren oder Copolymeren.

Die Bambusrohfasern weisen eine Länge zwischen 40 und 80 mm auf und werden in einem Gewichtsverhältnis von 25–75 Gew.-% in die Kohlenwasserstoffmatrix eingemischt.

Ein Beispiel für erfindungsgemäß verwendbare Kohlenwasserstoffe der Kohlenwasserstoffmatrix sind z.B. Paraffine, also Alkane bzw. Alkangemische der allgemeinen Summenformel C_nH_2n+2, wobei der Wert für n zwischen 20 und 45 liegen kann. Die resultierenden Paraffine weisen Molekulargewichte zwischen 275 und 600 g mol^–1 auf.

Der Schmelzpunkt von Paraffin steigt unmittelbar mit der Kettenlänge seiner Moleküle. Die erfindungsgemäß verwendeten Paraffine weisen bevorzugt Schmelzpunkte auf, die unterhalb oder aber im Bereich der Schmelzpunkte von Asphalt, Teer oder Bitumen liegen, also im Bereich zwischen 130 und 180°C.

Bereits anhand dieser Angaben ist es für den Fachmann ein leichtes, mit Hilfe der einschlägigen Literatur ein geeignetes erfindungsgemäßes Paraffin auszuwählen bzw. durch Auswahl der geeigneten Alkane zusammenzustellen.

Ebensogut wie Paraffin lassen sich auch Olefine verwenden, also Alkene, die der allgemeinen Summenformel C_nH_2n gehorchen, und deren Schmelzpunkt ebenso von der Kettenlänge abhängt, aber auch Polyene, also mehrfach ungesättigte Alkene mit einen größeren Anteil an Doppelbindungen. Auch bei diesen Substanzen steigt der Schmelzpunkt unmittelbar mit der Kettenlänge der Moleküle. Hinzu kommt allerdings noch der Anteil an Doppelbindungen, die für eine Unordnung im Molekülverband sorgen. Auch hier ist es für den Fachmann ein leichtes, mit Hilfe der einschlägigen Literatur ein geeignetes Olefin auszuwählen bzw. zusammenzustellen.

Ein weiteres Beispiel für erfindungsgemäß verwendbare Kohlenwasserstoffe der Kohlenwasserstoffmatrix sind Copolymere. Hier kommen z.B. α-olefinische Copolymere auf Basis von synthetischen Polymeren wie z.B. PE oder PP zum Einsatz. Solche Copolymere sind z.B. unter dem Markennamen „Tafmer" im Handel erhältlich.

Andere verwendbare Copolymere bestehen z.B. aus Olefin- und Alkylacrylat-Monomeren. Besonders geeignet ist z.B. ein unter dem Markennamen „Lucofin" erhältliches Copolymer, das aus Ethylen und Butylacrylat besteht.

Auch bei diesen Verbindungen lässt sich der Schmelzpunkt über die Länge der organischen Reste exakt bestimmen. Eine weitere geeignete Substanzklasse sind die Wachse. Der Begriff „Wachs" ist kein chemischer Oberbegriff, sondern bezeichnet für den Fachmann vielmehr solche Kohlenwasserstoffe, die durch bestimmte mechanisch-physikalischen Eigenschaften definiert werden. Grundsätzlich gilt auch für Wachse, dass deren Schmelzpunkte (bzw. deren Schmelzbereiche, da aufgrund der stofflichen Heterogenität oftmals kein genauer Schmelzpunkt bestimmbar ist) mit der Kettenlänge der enthaltenen Kohlenwasserstoffe steigen, und dass ein hoher Anteil an Doppelbindungen den Schmelzpunkt erniedrigt.

Wachse bestehen häufig überwiegend aus Estern höherer Fettsäuren (wie z. B. Palmitinsäure, gesättigte C16-Fettsäure) mit höheren Alkoholen (meist Cetylalkohol (C16), Myricylalkohol (C30)). Solche Wachse sind häufig tierischen oder pflanzlichen Ursprungs, und können durch chemische Modifikation in Ihren Eigenschaften verändert werden.

Überdies kennt der Fachmann synthetische Wachse. Diese leiten sich zum Teil von Polyethylen und chlorierten Kohlenwasserstoffen ab.

Weiterhin zählen zu den Wachsen die sogenannten Montanwachse. Hierbei handelt es sich um fossile Wachse, die wie auch die heutigen Pflanzenwachse – hauptsächlich aus einem Gemisch von Estern langkettiger Säuren mit langkettigen Alkoholen bestehen. Durch Verseifung und Oxidation kann hieraus ein Raffinat gewonnen werden, das überwie gend aus langkettigen Fettsäuren der Kettenlängen C22–C34 besteht. Hieraus werden z.B. durch Veresterung partialsynthetische Montanwachsderivate gewonnen.

Besonders für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Wachse sind die unter dem Markennamen „Romonta" und „Asphaltan" erhältlichen Montanwachse.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der erfindungsgemäß hergestellte Compound zu Granulat oder Pellets weiterverarbeitet wird. Dies kann z.B. in einem Extruder geschehen. Es sind jedoch auch andere aus dem Stand der Technik bekannte Pelletierungs- oder Granulierungsverfahren verwendbar. Beispielsweise kann der Compound nach der Durchmischung – unabhängig davon, ob dies im Extruder oder in einer anderen Vorrichtung erfolgte – in Flakes geschnitten werden.

Ebenso kann der Compound jedoch auch als Pulver, heterogenes Gemisch oder in flüssiger Form vorliegen.

Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Kohlenwasserstoffmatrix eine Schmelztemperatur unterhalb oder aber im Bereich zwischen 130 und 180°C aufweist, also in einem Bereich, in dem auch die Schmelztemperaturen von Asphalt, Teer oder Bitumen liegen.

Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Bitumens, eines Teers oder eines Asphalts enthaltend Bambusfasern vorgesehen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Bitumen-, Teer- oder Asphaltrohmasse ein Compound aus Bambusfasern und einer Kohlenwasserstoffmatrix beigemischt wird.

Die Kohlenwasserstoffe der Kohlenwasserstoffmatrix sind dabei ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Paraffinen, Olefinen, Wachsen, Polymeren oder Copolymeren.

Ferner weisen die Bambusrohfasern eine Länge zwischen 40 und 80 mm auf und werden in einem Gewichtsverhältnis von 25–75 Gew.-% in die Kohlenwasserstoffmatrix eingebracht.

Dieses Verfahren ermöglicht es erstmals, Bambusfasern kontrolliert und gleichmäßig in eine Bitumen-, Teer- oder Asphaltrohmasse einzumischen. Der hierfür verwendete Compound aus Bambusfasern und einer Kohlenwasserstoffmatrix weist eine gleichmäßige Durchmischung beider Komponenten auf. Da der Compound und die Bitumen-, Teer- oder Asphaltrohmasse auf ähnliche Schmelzpunkte einstellbar sind, verteilt sich der Compound und mit ihm die darin enthaltenen Bambusfasern gleichmäßig in der Rohmasse und es kommt zu einem kongruenten Erstarren. Eine Verklumpung der Fasern, wie sie gemäß der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zu erwarten ist, wird somit vermieden.

Die Bambusfasern verteilen sich also gleichmäßig in der Rohmasse und sorgen so für eine gleichmäßige Verbesserung der Zugfestigkeit.

Da Bambusfasern im Gegensatz zu organischen Fasern oder Glasfasern, die zu einer gerichteten Anordnung tendieren, sich nicht elektrostatisch aufladen, weisen die Fasern in der Rohmasse überdies eine isotrope Richtungsverteilung (Wirrwarr-Anordnung) auf. Die Verstärkung der Zugfestigkeit fällt daher, anders als z.B. bei der Verwendung von Glasfaserschnitt, in allen denkbaren Richtungen gleichmäßig hoch aus.

Das resultierende Produkt weist daher gegenüber herkömmlichem Asphalt, Teer oder Bitumen und auch gegenüber mit Glasfasern verstärktem Asphalt, Teer oder Bitumen eine wesentlich verbesserte, anisotrope Zugbelastbarkeit auf.

Dies äußert sich z.B. darin, das eine Straßendecke, die aus einem mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Asphalt besteht, eine Lebensdauer aufweist. Die Neigung zur Rissbildung aufgrund von extremen Temperaturen bzw. Temperaturschwankungen oder aufgrund von allgemeiner Ermüdung des Materials wird reduziert. Überdies wird die Bildung von Spurrillen wesentlich reduziert, da die Bambusfasern das Zurückweichen des Asphalts bei hoher Druckbelastung, z.B. durch LKW, verhindern.

Zudem verhindern die Bambusfasern ein übermäßiges Aufweichen der Straßendecke bei hohen Temperaturen bzw. starker Sonneneinstrahlung, beugen so der Bildung von Schlaglöchern vor und reduzieren den Rollwiderstand des Straßenbelags bei diesen Bedingungen.

Dichtmassen oder -anstriche für Fassaden, Fundamente, Mauern oder Dächer, die ein mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestelltes Bitumen enthalten, weisen ebenfalls eine verbesserte Zugbelastbarkeit auf. So wird die Gefahr der Leckbildung, die z.B. bei Flachdächern aufgrund hoher Zugbelastungen (Winddruck bzw. -zug, Dachbegehungen, etc) auftritt, wesentlich vermindert. Dasselbe gilt für Bitumenbeschichtungen im Fundamentbau. Ebenso wird verhindert, dass die Beschichtung bei sehr niedrigen Temperaturen reißt oder bei hohen Temperaturen übermäßig stark aufweicht.

Hinzu kommt, dass in vielen Fällen ein einmaliger Auftrag der Dichtmasse oder des Dichtanstrichs genügt, während herkömmlicher Weise mehrere Aufträge erforderlich sind, um der Beschichtung die notwendige Widerstandskraft zu verleihen.

Selbstverständlich eignet sich die Lehre des erfindungsgemäßen Verfahrens auch für die Einbringung anderer hydrophiler Fasern, insbesondere anderer Naturfasern, in eine Bitumen-, Teer- oder Asphaltrohmasse.

Obwohl Bambusfasern aufgrund ihrer überragenden physikalischen Eigenschaften besonders bevorzugt verwendet werden, ist auch die Verwendung von Naturfasern wie Flachs, Hanf, Sisal, Capok, Jute, Ramie, Kokos, Nessel oder Banane im Sinne der erfindungsgemäßen Lehre denkbar, und wird als dieser Lehre äquivalent betrachtet. Die genanten Fasern weisen jeweils spezifische Vorteile auf (Preis, Verrottbarkeit, Frostresistenz, spezifisches Gewicht, Festigkeit, antimikrobielle Eigenschaften, Lebensmittelechtheit), die dem Fachmann ohne weiteres durch Studium der einschlägigen Literatur zugänglich sind, so dass der Fachmann die für seinen Zweck geeigneten Fasern aussuchen und äquivalent zur erfindungsgemäßen Lehre in eine Bitumen-, Teer- oder Asphaltrohmasse einbringen kann.

Zwar ist z.B. die Verwendung von Montanwachsen als Additiv im Asphaltbau bekannt. Grund für diese Modifikation ist es aber, die Einbautemperatur des Asphalts herabzusetzen, und so Energie zu sparen, Emissionen und Geruchsbildung zu vermindern und die Verarbeitbarkeit zu erleichtern und zu verbessern.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Bitumen-, Teer- oder Asphaltrohmasse mit dem Compound vermischt und das Gemisch anschließend zur Schmelze erhitzt und weiter durchmischt wird.

Ebenso kann vorgesehen sein, zunächst nur die Bitumen-, Teer- oder Asphaltrohmasse zur Schmelze zu erhitzen, und den Compound der geschmolzenen Bitumen-, Teer- oder Asphaltrohmasse anschließend beizufügen und mit dieser zu durchmischen. Dabei kann der Compound z.B. als Granulat, Pellets, Pulver oder in bereits vorgeschmolzener Form in die Rohmasse eingebracht werden.

Die in der Kohlenwasserstoffmatrix verwendeten Paraffine, Olefine, Wachse, Polymere oder Copolymere werden bevorzugt so ausgewählt, dass sie eine Schmelztemperatur aufweisen, die der Schmelztemperatur der verwendeten Bitumen-, Teer- oder Asphaltrohmasse entspricht.

Dabei weist z.B. Asphaltbeton eine Schmelztemperatur im Bereich zwischen 130 und 180°C auf, während Splitmastix asphalt eine Schmelztemperatur im Bereich zwischen 150 und 180°C besitzt.

Der Fachmann kann über die gezielte Auswahl der in der Kohlenwasserstoffmatrix verwendeten Paraffine, Olefine, Wachse, Polymere oder Copolymere, insbesondere über die Auswahl der Kettenlängen und/oder des Sättigungsgrades der organischen Reste die gewünschte, der Bitumen-, Teer- oder Asphaltrohmasse entsprechende Schmelztemperatur genau bestimmen.

Weiterhin sind erfindungsgemäß ein Asphalt, ein Teer und/oder ein Bitumen vorgesehen, der bzw. das Bambusfasern und eine Kohlenwasserstoffmatrix oder aber ein erfindungsgemäßes Compound enthält, und der bzw. das herstellbar nach einem der erfindungsgemäßen Verfahren ist. Ein solches Bitumen lässt sich z.B. zur Herstellung eines Bitumenanstrichs für die Abdichtung von Fassaden, Estrichen, Fundamenten, Mauerwerk, Betonwänden, Dächern oder Flüssigkeitsbehältern verwenden. All diese Anstriche profitieren von der durch die Bambusfasern vermittelten Erhöhung der Zugbelastbarkeit. Zu diesen Anstrichen zählen z.B. Bitumenlacke, die in der Regel ein Lösungsmittel enthalten, um das Bitumen bei Zimmertemperaturen streich- oder spritzfähig zu halten. Diese Lacke eignen sich zur Abdichtung von Oberflächen gegen nicht drückendes Wasser. Sie sind ebenfalls geeignet, Pappdächer abzudichten und zu reparieren oder Holz und Metalle zu schützen.

Ebenso zählen zu diesen Anstrichen z.B. Bitumenkautschuk-Dickschichtanstriche, die nach dem Austrocknen ein hoch dehnfähiges Coating ausbilden. Sie sind z.B. zum Abdich ten von Kelleraußenwänden geeignet. Bitumenkautschuk-Dickschichtanstriche dienen auch zur Sanierung von Dachflächen, zum Schutz von Metallen, oder zur Abdichtung von Bädern und Duschnischen vor dem Verlegen von Fliesen. Eine andere Variante, nämlich Bitumen-Latex-Dickbeschichtungen findet bei der Abdichtung von unverputzten und rissgefährdeten Außenmauern Verwendung.

Weitere Oberflächen, die mit solchen Bitumenanstriche nutzbringend behandelbar sind, finden sich z.B. an Dachrinnen, Silos, Tanks, Staumauern oder Tunnelwänden.

Weiterhin kann ein solches Bitumen z.B. zur Herstellung einer Fugendichtmasse verwendet werden. Die durch die Bambusfasern erhöhte Zugfestigkeit verhindert dabei die Bildung von Rissen aufgrund von Temperaturschwankungen, oder aufgrund von Relativbewegungen der durch die Dichtmasse miteinander verbundenen Werkstoffe, Bauteile und dergleichen.

Denkbar ist ebenso die Verwendung eines solchen Bitumens zur Beschichtung oder Durchtränkung von Dachabdeckungen.

Hier ist insbesondere an Dachpappen gedacht, die entweder mit Bitumen durchtränkt oder beschichtet angeliefert werden und nur noch verlegt werden müssen, oder aber an Ort und Stelle mit einer Bitumenmasse beschichtet werden.

Ebenso in Frage kommen Bitumen-Schweißbahnen, die aus einem Trägermaterial bestehen, zum Beispiel Glasvlies, welches beidseitig mit Bitumen beschichtet ist, und die sich überlappend verschweißen lassen, um so eine wasserdichte Dachabdeckung herzustellen.

Beiden Ausgestaltungen ist gemein, dass aufgrund der durch die Bambusfasern vermittelten verbesserten Zugbelastbarkeit die Gefahr der Leckbildung, die z.B. bei Flachdächern aufgrund hoher Zugbelastungen (Winddruck bzw. -zug, Dachbegehungen, etc.) auftritt, wesentlich vermindert wird.

Besonders bevorzugt wird ein wie oben beschrieben hergestelltes Bitumen bzw. ein wie oben beschrieben hergestellter Teer oder Asphalt zur Herstellung eines Asphaltbinders, eines Asphaltbetons, eines Splitmastixasphalts, eines Gussasphalts, eines Asphaltmastix, eines Tragdeckschichtenasphalts oder eines offenporigen Asphalts verwendet.

All diese Materialien werden überwiegend im Straßenbau verwendet, aber auch z.B. für den Bau von Start- und Landebahnen von Flughäfen. Weitere Anwendungsbereiche ergeben sich aus den folgenden Ausführungen.

Als Asphaltbinder bezeichnet man den Asphalt, der im Straßenbau in der sogenannten Binderschicht verwendet wird. Seine Funktion ist es, die durch den Verkehr hervorgerufenen Kräfte in die unteren Schichten der Straße zu übertragen. Im Asphaltbinder sind neben den genannten Inhaltsstoffen auch Edelsplitte, Edelbrechsande und/oder Gesteinsmehl sowie Natursand in den Sorten 0/16 und 0/11 enthalten.

Als Asphaltbeton bezeichnet man den Asphalt, der beim Straßenbau in der sogenannten Deckschicht, auch Verschleißschicht genannt, verwendet wird. Diese Schicht ist speziell für die Abnutzung durch den täglichen Verkehr vorgesehen und sollte in regelmäßigen Abständen erneuert werden, um die Straße zu erhalten. Auch hier werden verschiedene Sorten unterschieden. Der Asphalt hat beim Einbau eine Temperatur zwischen 130 und 170C°. Als alternative gibt es mit Fluxbitumen hergestellte Asphaltbetons, die beim Einbau eine Temperatur zwischen 60 und 130C° haben. Aus Gründen des Umweltschutzes wird dieser Warmeinbau-Asphaltbeton nur noch selten verwendet. Das verwendete Fluxbitumen ist in Deutschland nicht mehr normiert und vielfach durch Gesetze untersagt.

Splittmastixasphalt ist eine spezielle Sorte des Asphaltbetons mit einem höheren Bitumen- und Splittgehalt. Dadurch soll die Haltbarkeit erhöht werden, wodurch er für hohe Verkehrsbelastungen wie auf Autobahnen geeignet ist. Zusätzlich müssen allerdings noch Zusätze beigemischt werden, um die Gefahr des Bindemittelabflusses aufgrund der geringen spezifischen Oberfläche der Gesteinskörnungen zu reduzieren.

Gussasphalt ist ein Asphalt, der sich durch seinen hohen Anteil von Bitumen und Gesteinskörnern kleiner 0,09 Millimetern ("Füller") auszeichnet. Dadurch lässt er sich im Gegensatz zu den anderen Asphaltarten flüssig verarbeiten. Er wird vor allem beim Bau hochbeanspruchter Straßen (Autobahnen) und, wegen seiner Wasserdichtigkeit, häufig auch auf Brücken verwendet. Durch seinen hohen Anteil an Mörtel (Füller und Bitumen) bekommt er eine glatte Ober fläche. Damit trotzdem die Griffigkeit gewährleistet bleibt, wird beim Einbau des Asphalts Splitt aufgestreut und eingewalzt.

Asphaltmastix ist eine Mischung aus Bitumen und Gesteinen mit einer Korngröße unter 2 Millimetern. Im Wasserbau wird er zum Verfüllen der Fugen von Steinschüttungen verwendet. Überwiegend dient er zur Abdichtung von Bauwerken, wobei die Verwendung in den letzten Jahren stark zurück gegangen ist. Asphaltmastix mit einem geringeren Bitumenanteil (ca. 12–14%) wird im Straßenbau auch als Reparaturmaterial zur Oberflächenverbesserung eingesetzt.

Tragdeckschichtasphalt ist ein Asphalt, der die Funktionen von Asphaltbeton und Asphalttragschicht in einem übernimmt. Er wird vor allem im landwirtschaftlichen Wegebau eingesetzt, wo wegen des relativ geringen Verkehrsaufkommens eine Befestigung mit gutem Kosten/Nutzen-Verhältnis benötigt wird.

Der Offenporige Asphalt ist eine spezielle Art des Asphaltbetons, welche in den achtziger Jahren entwickelt worden ist. Durch seinen hohen Anteil von groben Gesteinskörnen hat er einen hohen Anteil an zusammenhängenden Hohlräumen. Durch diese Hohlräume kann das Regenwasser nach unten abgeleitet werden. Damit das Wasser nicht in den Untergrund abläuft, ist auf der Unterlage des OPA eine Abdichtung aus Bitumen angeordnet. Aufgrund der Tatsache, dass die Hohlräume im Asphalt auch die Abrollgeräusche des Straßenverkehrs absorbieren, weist dieser Asphalt lärmmindernde Eigenschaften auf.

Durch die erfindungsgemäße Beimischung von Bambusfasern werden die Zugbelastbarkeit sowie die thermischen Eigenschaften dieser Materialien wesentlich verbessert, mit den oben bereits beschriebenen positiven Wirkungen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Form einiger Beispiele genauer erläutert. Es werden dabei bevorzugte Ausführungsformen gezeigt, die den Schutzbereich der vorgelegten Ansprüche in keiner Weise einschränken sollen.

1. Herstellung eines Compounds

Bambusrohfasern einer Länge von 40–80 mm und einer Dicke von 0.2–0.4 mm werden über einen Dosiertrichter in einen Extruder eingebracht und in einem Gewichtverhältnis von 50 : 50 mit dem Copolymer Tafmer coextrudiert. Alternativ kann anstelle des Copolymers ein Paraffin mit einem Schmelzpunkt von bis zu 120°C verwendet werden. Das gewonnene Extrudat wird durch Stranggranulierung in ein Granulat überführt.

2. Herstellung eines bambusfaserverstärkten Bitumenlacks

Straßenbaubitumen der Sorte 20/30 wird in Testbenzin mit einem Siedebereich von 145 bis 200°C gelöst, bis eine zähflüssige Masse entsteht. Die Lösung wird auf 120°C erhitzt, und es wird ein gemäß Schritt 1 hergestelltes granuliertes Compound in die Lösung eingerührt. Die Lösung wird abgekühlt und in Transportgefäße abgefüllt, und kann als Bitumenlack für einen der oben angegebenen Zwecke verwendet werden.

3. Herstellung von mit bambusfaserverstärktem Bitumen beschichteten Schweißbahnen

Straßenbaubitumen der Sorte 20/30 wird zur Schmelze erhitzt. Anschließend wird ein gemäß Schritt 1 hergestelltes granuliertes Compound in die Schmelze eingerührt. Das Gemisch wird eine Stunde oberhalb der Schmelztemperatur gerührt und dann beidseitig auf Glasfaserbahnen aufgetragen, die abgekühlt, besandet und anschließend auf Rollen gewickelt werden.

4. Herstellung eines bambusfaserverstärkten Asphaltbetons

Bitumen der Sorte 50/70 wird auf eine Temperatur von 150°C erhitzt. Anschließend wird ein gemäß Schritt 1 hergestelltes granuliertes Compound in die Schmelze eingerührt. Das Gemisch wird eine Stunde oberhalb der Schmelztemperatur gerührt. Anschließend werden dem Gemisch Sande in folgenden Gewichtanteilen beigemischt:

Das fertige Gemisch wird auf Temperatur gehalten, zum Einsatzort gebracht und dort auf herkömmliche Weise als Asphaltbeton ausgebracht.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Compounds aus Bambusfasern und einer Kohlenwasserstoffmatrix, dadurch gekennzeichnet, dass die Bambusfasern und die Kohlenwasserstoffmatrix miteinander durchmischt werden, – wobei ggf. die Kohlenstoffmatrix vor der Durchmischung aufgeschmolzen oder – ggf. das Gemisch aus Bambusfasern und Kohlenwasserstoffmatrix aufgeschmolzen und weiter durchmischt wird, – wobei die Kohlenwasserstoffe der Kohlenwasserstoffmatrix ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Paraffinen, Olefinen, Wachsen, Polymeren oder Copolymeren, – und wobei die Bambusrohfasern eine Länge zwischen 40 und 80 mm aufweisen und in einem Gewichtsverhältnis von 25–75 Gew.-% in die Kohlenwasserstoffmatrix eingemischt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Compound zu Granulat oder Pellets weiterverarbeitet wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffmatrix eine Schmelztemperatur im Bereich zwischen 130 und 180°C aufweist.
Compound bestehend aus Bambusfasern und einer Kohlenwasserstoffmatrix, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–3.
Verfahren zur Herstellung eines Bitumens, eines Teers oder eines Asphalts enthaltend Bambusfasern, dadurch gekennzeichnet, dass der Bitumen-, Teer- oder Asphaltrohmasse ein Compound aus Bambusfasern und einer Kohlenwasserstoffmatrix beigemischt wird, wobei die Kohlenwasserstoffe der Kohlenwasserstoffmatrix ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Paraffinen, Olefinen, Wachsen, Polymeren oder Copolymeren, und wobei ferner die Bambusrohfasern eine Länge zwischen 40 und 80 mm aufweisen und in einem Gewichtsverhältnis von 25–75 Gew.-% in die Kohlenwasserstoffmatrix eingebracht werden.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bitumen-, Teer- oder Asphaltrohmasse zusammen mit dem Compound zur Schmelze erhitzt und durchmischt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bitumen-, Teer- oder Asphaltrohmasse zur Schmelze erhitzt und der Compound der geschmolzenen Bitumen-, Teer- oder Asphaltrohmasse beigefügt und mit dieser durchmischt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5–7, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Kohlenwasserstoffmatrix verwendeten Paraffine, Olefine, Wachse, Polymere oder Copolymeren so ausgewählt werden, dass sie eine Schmelztemperatur aufweisen, die der Schmelztemperatur der verwendeten Bitumen-, Teer- oder Asphaltrohmasse entspricht.
Bitumen enthaltend Bambusfasern und eine Kohlenwasserstoffmatrix oder ein Compound gemäß Anspruch 4, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–3.
Teer enthaltend Bambusfasern und eine Kohlenwasserstoffmatrix oder ein Compound gemäß Anspruch 4, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–3.
Asphalt enthaltend Bambusfasern und eine Kohlenwasserstoffmatrix oder ein Compound gemäß Anspruch 4, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–3.
Verwendung eines Bitumens gemäß Anspruch 9 zur Herstellung eines Bitumenanstrichs für die Abdichtung von Fassaden, Estrichen, Fundamenten, Mauerwerk, Betomnwänden, Dächern oder Flüssigkeitsbehältern.
Verwendung eines Bitumens gemäß Anspruch 9 zur Herstellung einer Fugendichtmasse.
Verwendung eines Bitumens gemäß Anspruch 9 zur Beschichtung oder Durchtränkung von Dachabdeckungen.
Verwendung eines Bitumens, Teers oder Asphalts gemäß einem der Ansprüche 12–14 zur Herstellung eines Asphaltbinders, eines Asphaltbetons, eines Splitmastixasphalts, eines Gussasphalts, eines Asphaltmastix, eines Tragdeckschichtenasphalts oder eines offenporigen Asphalt.